JPH0552751U

JPH0552751U - 湿度センサ

Info

Publication number: JPH0552751U
Application number: JP110095U
Authority: JP
Inventors: 士郎中川; 敦子土田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-07-13
Anticipated expiration: 2006-12-13
Also published as: EP0546735B1; DE69216792D1; DE69216792T2; JP2536226Y2; US5317274A; EP0546735A1

Abstract

(57)【要約】【目的】直線性の高い湿度−出力電圧特性を得ると共
に、温度影響を低減し得る湿度センサを提供する。【構成】湿度センサ素子１はインピ−ダンスが指数関
数的に変化する。ｚ−ｆ変換回路２は湿度センサ素子１
のインピ−ダンスに対応した周波数のパルス信号Ｓ１を
発生させる。電圧制御可変インピ−ダンス素子３２は主
電極３２１、３２２と制御電極３２３とを有し、インピ
−ダンスが制御電極３２３に印加される制御電圧Ｖc に
より指数関数的に変化する。非直線性インピ−ダンス素
子３３はインピーダンスが印加電圧により指数関数的に
変化する。時定数制御微分回路３はパルス信号Ｓ１を微
分した微分信号Ｓ２を出力する。波形整形回路４は微分
信号Ｓ２を二値化したパルス信号列Ｓ３を出力する。積
分回路５はパルス信号列Ｓ３を積分して得た制御電圧Ｖ
c を制御電極３３３に供給する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、各種電子機器等の湿度を検出する湿度センサに関し、更に詳しくは、湿度の変化に対して指数関数的に大幅にインピ−ダンスを変化させる湿度センサ素子を使用した場合に、直線性の高い出力電圧を得ると共に、温度影響も低減した湿度センサに係る。

【０００２】

【従来の技術】

各種の電子機器、例えば複写機、プリンタ等に用いられる湿度センサの内の一つに、湿度の変化に対してインピ−ダンスが変化するインピ−ダンス変化型の湿度センサ素子を利用したものが知られている。インピ−ダンス変化型の湿度センサ素子は、インピーダンスが相対湿度に対して指数関数的に変化する性質をもっているから、実際の使用に当っては、湿度センサ素子の非直線性を補正し、湿度ー出力電圧特性を直線化しなければならない。直線化の手段としては、ログアンプを使用するのが一般的であるが、最近、ログアンプを使用しない安価な直線化技術として、特開平３−１２３８４３号公報、特開平３−１２５９５２号公報に開示された技術が知られている。これらの先行技術文献においては、電圧制御可変インピ−ダンス素子となるトランンジスタのベ−ス電圧とエミッタ電流との関係が指数関数特性となり、そのインピーダンスが指数関数的に変化することに着目し、湿度センサ素子の非直線性をトランジスタの上記特性により補正するようにしたものである。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述した従来の湿度センサには、以下のような問題点がある。（Ａ）湿度ー出力電圧特性に関して、実用上要求される程度の直線性は得られるが、トランジスタが湿度センサ素子の非直線非性を完全に補正し得る特性を有することは稀であり、多くの場合、直線化できない領域が残ることが分った。一般的にいって、トランジスタの非直線性が湿度センサ素子の非直線性を補正するのに必要な値よりも不足する場合が多い。このため、より高度の直線性を有する湿度センサを得ることが困難になっていた。（Ｂ）電圧制御可変インピ−ダンス素子となるトランジスタの漏れ電流が大きいため、微分時定数が温度に影響を受け、出力電圧の温度影響が大きい。

【０００４】そこで、本考案の課題は、上述した従来の問題点を解決し、インピ−ダンス変化型の湿度センサ素子を使用した場合に、直線性の高い湿度−出力電圧特性を得ると共に、温度影響を低減し得る湿度センサを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上述した課題解決のため、本考案は、湿度センサ素子と、インピ−ダンス−周波数変換回路と、時定数制御微分回路と、波形整形回路と、積分回路とを有する湿度センサであって、前記湿度センサ素子は、インピ−ダンスが相対湿度に対して指数関数的に変化するものであり、前記インピ−ダンス−周波数変換回路は、前記湿度センサ素子のインピ−ダンスに対応した周波数のパルス信号を発生させるものであり、前記時定数制御微分回路は、コンデンサと、電圧制御可変インピ−ダンス素子と、非直線性インピ−ダンス素子とを含み、前記パルス信号が入力されその微分信号を出力するものであり、前記電圧制御可変インピ−ダンス素子は、主電極と制御電極とを有する三端子素子でなり、インピ−ダンスが前記制御電極に印加される電圧により指数関数的に変化するものでなり、前記非直線性インピ−ダンス素子は、インピーダンスが印加電圧により指数関数的に変化するものでなり、前記時定数制御微分回路は、前記コンデンサと前記非直線性インピ−ダンス素子とが前記主電極のそれぞれに直列に接続され、直列接続された前記電圧制御可変インピ−ダンス素子と前記非直線性インピ−ダンス素子との両端から前記パルス信号を微分した微分信号を出力するものであり、前記波形整形回路は、前記微分信号が入力され、所定電圧で前記微分信号を二値化したパルス信号列を出力するものであり、前記積分回路は、前記パルス信号列が入力され、入力された前記パルス信号列を積分し、積分して得られた制御電圧を前記電圧制御可変インピ−ダンス素子の前記制御電極に供給することを特徴とする。

【０００６】

【作用】

湿度センサ素子は、インピ−ダンスが相対湿度に対して指数関数的に変化し、インピ−ダンス−周波数変換回路は、湿度センサ素子のインピ−ダンスに対応した周波数のパルス信号を発生させるから、インピ−ダンス−周波数変換回路から周波数が相対湿度に対して指数関数的に変化するパルス信号が得られる。

【０００７】電圧制御可変インピ−ダンス素子は、主電極と制御電極とを有する三端子素子でなり、インピ−ダンスが制御電極に印加される電圧により指数関数的に変化し、非直線性インピ−ダンス素子は、インピ−ダンスが印加電圧により指数関数的に変化し、時定数制御微分回路は、パルス信号が入力され、コンデンサと非直線性インピ−ダンス素子とが主電極のそれぞれに直列に接続され、直列接続された電圧制御可変インピ−ダンス素子と前記非直線性インピ−ダンス素子との両端からパルス信号を微分した微分信号を出力するから、電圧制御可変インピ−ダンス素子及び非直線性インピ−ダンス素子のインピ−ダンス変化に追従し、時定数が指数関数的に変化する微分信号が得られる。このため、非直線性インピ−ダンス素子は、従来の電圧制御可変インピ−ダンス素子が湿度センサ素子の非直線性を補正するにあたり、不足していた非直線性を補う作用をする。

【０００８】波形整形回路は、時定数が指数関数的に変化する微分信号が入力され、所定電圧で微分信号を二値化したパルス信号列を出力するようになっているから、波形整形回路から、パルス信号の信号幅を周波数に対して対数的に圧縮した信号幅を有するパルス信号列が得られる。

【０００９】積分回路は、入力されたパルス信号列を積分し、積分して得られた制御電圧を電圧可変インピ−ダンス素子の制御端子に供給するようになっているから、時定数制御微分回路に負帰還をかける。

【００１０】これにより、パルス信号列を積分回路等で処理すると直線化された湿度−出力電圧特性が得られる。しかも、非直線性インピ−ダンス素子が電圧制御可変インピ−ダンス素子の補完的的役割を果たすので、従来よりも直線性の高い湿度−出力電圧特性が得られる。

【００１１】非直線性インピ−ダンス素子を電圧制御可変インピ−ダンス素子に直列に接続したので、合成インピ−ダンスが大きくなり、電圧制御可変インピ−ダンス素子の温度による漏れ電流を抑制し、出力電圧の温度影響を低減する。

【００１２】

【実施例】

図１は本考案に係る湿度センサの構成を示すブロック図である。図において、１は湿度センサ素子、２はインピ−ダンス−周波数変換回路（以下「ｚ−ｆ変換回路」と称する。）、３は時定数制御微分回路、４は波形整形回路、５は積分回路である。

【００１３】湿度センサ素子１は、インピ−ダンスＺs が相対湿度に対して指数関数的に変化する。本実施例の湿度センサ素子１は、高分子材料でなり、高湿度ではインピ −ダンスが低く、低湿度ではインピ−ダンスが高くなる。具体的には、インピ− ダンスが１０⁴ 〔Ω〕〜１０⁷ 〔Ω〕の範囲で変化する。

【００１４】ｚ−ｆ変換回路２は、湿度センサ素子１のインピ−ダンスＺs に対応した周波数のパルス信号Ｓ１を発生させる。インピ−ダンスＺs が低いときは周波数が高くなり、インピ−ダンスＺs が高いときは周波数が低くなる。

【００１５】時定数制御微分回路３は、コンデンサ３１と、電圧制御可変インピ−ダンス素子３２と、非直線性インピ−ダンス素子３３とを含んでいる。電圧制御可変インピ−ダンス素子３２は、主電極３２１、３２２と制御電極３２３とを有する三端子素子でなり、インピ−ダンスＺt が制御電極３２３に印加される制御電圧Ｖc により指数関数的に変化する。非直線性インピ−ダンス素子３３は、インピ−ダンスＺd が印加電圧により指数関数的に変化する。コンデンサ３１と非直線性インピ−ダンス素子３３とが主電極３２１、３２２のそれぞれに直列に接続され、直列接続された電圧制御可変インピ−ダンス素子３２と非直線性インピ−ダンス素子３３との両端から入力されたパルス信号Ｓ１を微分した微分信号Ｓ２を出力する。

【００１６】波形整形回路４は、微分信号Ｓ２が入力され、所定電圧で微分信号Ｓ２を二値化したパルス信号列Ｓ３を出力する。

【００１７】積分回路５は、入力されたパルス信号列Ｓ３を積分し、積分して得た制御電圧Ｖc を電圧制御可変インピ−ダンス素子３２の制御電極３２３に供給する。具体的には、抵抗５１とコンデンサ５２とで構成し、コンデンサ５２の端子電圧を制御電圧Ｖc としている。

【００１８】上述したように、湿度センサ素子１は、インピ−ダンスＺs が相対湿度に対して指数関数的に変化し、ｚ−ｆ変換回路２は、湿度センサ素子１のインピ−ダンスＺs に対応した周波数のパルス信号Ｓ１を発生させるから、ｚ−ｆ変換回路２から周波数が相対湿度に対して指数関数的に変化するパルス信号Ｓ１が得られる。

【００１９】電圧制御可変インピ−ダンス素子３２は、インピ−ダンスＺt が制御電極３２３に印加される制御電圧Ｖc により指数関数的に変化し、非直線性インピ−ダンス素子３３は、インピ−ダンスＺd が印加電圧により指数関数的に変化し、時定数制御微分回路３は、パルス信号Ｓ１が入力され、コンデンサ３１と非直線性インピ−ダンス素子３３とが主電極３２１、３２２のそれぞれに直列に接続され、直列接続された電圧制御可変インピ−ダンス素子３２と非直線性インピ−ダンス素子３３との両端からパルス信号Ｓ１を微分した微分信号Ｓ２を出力するから、電圧制御可変インピ−ダンス素子３２及び非直線性インピ−ダンス素子３３のインピ−ダンス変化に追従し、時定数が指数関数的に変化する微分信号Ｓ２が得られる。このため、非直線性インピ−ダンス素子３３は、従来の電圧制御可変インピ−ダンス素子３２が湿度センサ素子１の非直線性を補正するにあたり、不足していた非直線性を補う作用をする。

【００２０】波形整形回路４は、時定数が指数関数的に変化する微分信号Ｓ２が入力され、所定電圧で微分信号Ｓ２を二値化したパルス信号列Ｓ３を出力するようになっているから、波形整形回路４から、パルス信号Ｓ１の信号幅を周波数に対して対数的に圧縮した信号幅を有するパルス信号列Ｓ３が得られる。

【００２１】積分回路５は、入力されたパルス信号列Ｓ３を積分して制御電圧Ｖc を得て、制御電圧Ｖc を電圧制御可変インピ−ダンス素子３２の制御端子３３３に供給するようになっているから、時定数制御微分回路３に負帰還をかける。

【００２２】これにより、パルス信号列Ｓ３を積分回路等で処理すると直線化された湿度− 出力電圧特性が得られる。しかも、非直線性インピ−ダンス素子３３が電圧制御可変インピ−ダンス素子３２の補完的的役割を果たすので、従来よりも直線性の高い湿度−出力電圧特性が得られる。

【００２３】非直線性インピ−ダンス素子３３を電圧制御可変インピ−ダンス素子３２に直列接続したので、合成インピ−ダンスが大きくなり、電圧制御可変インピ−ダンス素子３２の温度による漏れ電流を抑制し、湿度−出力電圧特性に対する温度影響を低減する。

【００２４】更に実施例では、電圧制御可変インピ−ダンス素子３２がトランジスタ３２０でなり、非直線性インピ−ダンス素子３３がダイオ−ド３３１でなる。トランジスタ３２０は、コレクタが主電極３２１、エミッタが主電極３２２、ベ−スが制御電極３２３となる。ダイオ−ド３３１のアノ−ドがトランジスタ３２０のエミッタ側に接続され、コンデンサ３１がトランジスタ３２０のコレクタ側に接続されている。制御電圧Ｖc は、トランジスタ３２０のベ−スに供給される。ダイオ −ド３３１として、シリコンダイオ−ド、ショットキ−バリア・ダイオ−ド等が使用可能である。

【００２５】トランジスタ３２０のベ−ス電圧とエミッタ電流との関係が指数関数特性となるので、ベ−スに供給される制御電圧Ｖc に従いトランジスタ３２０の動作状態のインピ−ダンスＺt も指数関数的に変化する。ダイオ−ド３３１は順電圧と順電流との関係が指数関数特性となるので、ダイオ−ド３３１の動作状態のインピ −ダンスＺd も指数関数的に変化する。これにより、時定数制御微分回路３は時定数が指数関数的に変化する微分信号Ｓ２を出力する。

【００２６】図２は本考案に係る湿度センサの別の実施例の構成を示すブロック図である。図において、図１と同一参照符号は同一性ある構成部分を示す。本実施例では、時定数制御微分回路３にインピ−ダンス調整回路３４を設けてある。インピ−ダンス調整回路３４は、非直線性インピ−ダンス素子３３に並列に接続され、非直線性インピ−ダンス素子３３との合成インピ−ダンスを変化させる。これにより、非直線性インピ−ダンス素子３３によるインピ−ダンスの補正量が多すぎた場合に、インピ−ダンス調整回路３４が合成インピ−ダンスを小さくさせるので適切な補正が可能となる。インピ−ダンス調整回路３４として、コンデンサが最適である。その他、抵抗、ダイオ−ド単体で構成し、またはこれらとコンデンサとを組合せて構成することも可能である。

【００２７】更に、本実施例では、パルス信号列Ｓ３を積分して出力電圧を得る出力回路６を有している。出力回路６は抵抗６１とコンデンサ６２とを有し積分回路を構成してある。積分回路５と出力回路６とを分離したのは、積分回路５が出力回路６に接続される回路の影響を受けないようにし、時定数を互いに最適なものとするためである。従って、積分回路５と出力回路６とを共通化することも可能である。

【００２８】図３は本考案に係る湿度センサの具体的な回路図である。図において、図１、図２と同一参照符号は同一性ある構成部分を示している。

【００２９】ｚ−ｆ変換回路２は、シュミットトリガ２１、バッファ２２、抵抗２３、サ− ミスタ２４、コンデンサ２５、コンデンサ２６を有している。湿度センサ素子１と、サ−ミスタ２４と、コンデンサ２５とが直列に接続され、湿度センサ素子１の一端がシュミットトリガ２１の入力端子に接続され、コンデンサ２５の一端がバッファ２２の出力端子に接続されている。シュミットトリガ２１、バッファ２２はＣＭＯＳ、ＴＴＬ等のＩＣが用いられる。サ−ミスタ２４は湿度センサ素子１のインピ−ダンスＺs の温度補償をするために設けてある。コンデンサ２５は直流カットのために設けてある。バッファ２２はシュミットトリガ２１の出力インピ−ダンスを下げると共に、波形整形をするために設けてある。抵抗２３は一端がシュミットトリガ２１の入力端子に接続され、他端がバッファ２２の出力端子に接続されている。コンデンサ２６の一端がシュミットトリガ２１の入力端子に接続されている。これにより、ｚ−ｆ変換回路２は、湿度センサ素子１、抵抗２３、サ−ミスタ２４及びコンデンサ２５のインピ−ダンスと、コンデンサ２６のインピ−ダンスとの関係により発振し、湿度センサ素子１のインピ−ダンス変化に従った周波数のパルス信号Ｓ１を出力する。

【００３０】波形整形回路４は、バッファ４１により構成されている。バッファ４１は、ＣＭＯＳ、ＴＴＬ等のＩＣが用いられ、スレショルドレベルを所定の電圧として微分信号Ｓ２を二値化し、パルス信号列Ｓ３を出力する。

【００３１】出力回路６は、抵抗６３、サ−ミスタ６４を有している。抵抗６３、サ−ミスタ６４は、出力電圧の温度補償をしている。

【００３２】図４は本考案に係る湿度センサの湿度−出力電圧特性図、図５は従来の湿度センサの湿度−出力電圧特性図である。本考案に係る湿度センサは、非直線性インピ−ダンス素子３３としてダイオ−ド３３１、インピ−ダンス調整回路３４としてコンデンサ３４１を用いている。

【００３３】図５に示すように、従来の湿度センサは、湿度が４０〜７０％の範囲で電圧制御可変インピ−ダンス素子３２の補正量が不足していたため、湿度−出力電圧特性が低下していた。本考案に係る湿度センサは、非直線性インピ−ダンス素子３３が電圧制御可変インピ−ダンス素子３２の補正量の不足を補っているので、図４に示すように、湿度が４０〜７０％の範囲で出力電圧が上昇し、高度に直線化された湿度−出力電圧特性が得られる。

【００３４】図６は本考案に係る湿度センサの温度−出力電圧特性図、図７は従来の湿度センサの温度−出力電圧特性図である。

【００３５】図７に示すように、従来の湿度センサは、高湿度側で出力電圧の低下が著しくなっている。本考案に係る湿度センサは、ダイオ−ド３３１をトランジスタ３２０に直列に接続し、両者の合成インピ−ダンスを増加させてあるので、トランジスタ３２０の漏れ電流を抑制し、出力電圧の低下を防止し、図６に示すように、ほぼ直線となる温度−出力電圧特性が得られる。

【００３６】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案によれば、以下のような効果が得られる。（ａ）電圧制御可変インピ−ダンス素子は、主電極と制御電極とを有する三端子素子でなり、インピ−ダンスが制御電極に印加される電圧により指数関数的に変化し、非直線性インピ−ダンス素子は、インピ−ダンスが印加電圧により指数関数的に変化し、時定数制御微分回路は、パルス信号が入力され、コンデンサと非直線性インピ−ダンス素子とが主電極のそれぞれに直列に接続され、直列接続された電圧制御可変インピ−ダンス素子と前記非直線性インピ−ダンス素子との両端からパルス信号を微分した微分信号を出力するから、非直線性インピ−ダンス素子が、電圧制御可変インピ−ダンス素子の不足していた非直線性を補ない、直線性の高い湿度−出力電圧特性を得る湿度センサを提供できる。（ｂ）非直線性インピ−ダンス素子を電圧制御可変インピ−ダンス素子に直列接続したから、電圧制御可変インピ−ダンス素子の温度による漏れ電流を抑制し、出力電圧の温度影響を低減し得る湿度センサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る湿度センサの構成を示すブロック
図である。

【図２】本考案に係る湿度センサの別の実施例の構成を
示すブロック図である。

【図３】本考案に係る湿度センサの具体的な回路図であ
る。

【図４】本考案に係る湿度センサの湿度−出力電圧特性
図である。

【図５】従来の湿度センサの湿度−出力電圧特性図であ
る。

【図６】本考案に係る湿度センサの温度−出力電圧特性
図である。

【図７】従来の湿度センサの温度−出力電圧特性図であ
る。

【符号の説明】

１湿度センサ素子２ｚ−ｆ変換回路３時定数制御微分回路３１コンデンサ３２電圧制御可変インピ−ダンス素子３２０トランジスタ３２１、３２２主電極３２３制御電極３３非直線性インピ−ダンス素子３３１ダイオ−ド３４インピ−ダンス調整回路４波形整形回路５積分回路Ｓ１パルス信号Ｓ２微分信号Ｓ３パルス信号列Ｖc 制御電圧

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】湿度センサ素子と、インピ−ダンス−周
波数変換回路と、時定数制御微分回路と、波形整形回路
と、積分回路とを有する湿度センサであって、前記湿度センサ素子は、インピ−ダンスが相対湿度に対
して指数関数的に変化するものであり、前記インピ−ダンス−周波数変換回路は、前記湿度セン
サ素子のインピ−ダンスに対応した周波数のパルス信号
を発生させるものであり、前記時定数制御微分回路は、コンデンサと、電圧制御可
変インピ−ダンス素子と、非直線性インピ−ダンス素子
とを含み、前記パルス信号が入力されその微分信号を出
力するものであり、前記電圧制御可変インピ−ダンス素子は、主電極と制御
電極とを有する三端子素子でなり、インピ−ダンスが前
記制御電極に印加される電圧により指数関数的に変化す
るものでなり、前記非直線性インピ−ダンス素子は、インピーダンスが
印加電圧により指数関数的に変化するものでなり、前記時定数制御微分回路は、前記コンデンサと前記非直
線性インピ−ダンス素子とが前記主電極のそれぞれに直
列に接続され、直列接続された前記電圧制御可変インピ
−ダンス素子と前記非直線性インピ−ダンス素子との両
端から前記パルス信号を微分した微分信号を出力するも
のであり、前記波形整形回路は、前記微分信号が入力され、所定電
圧で前記微分信号を二値化したパルス信号列を出力する
ものであり、前記積分回路は、前記パルス信号列が入力され、入力さ
れた前記パルス信号列を積分し、積分して得られた制御
電圧を前記電圧制御可変インピ−ダンス素子の前記制御
電極に供給することを特徴とする湿度センサ。
【請求項２】前記電圧制御可変インピ−ダンス素子
は、トランジスタでなり、前記非直線性インピ−ダンス
素子は、ダイオ−ドでなり、前記ダイオ−ドのアノ−ド
が前記トランジスタのエミッタ側に接続され、前記コン
デンサが前記トランジスタのコレクタ側に接続されてお
り、前記制御電圧は、前記トランジスタのベ−スに供給され
ることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
【請求項３】前記時定数制御微分回路は、インピ−ダ
ンス調整回路を有し、前記インピ−ダンス調整回路が前
記非直線性インピ−ダンス素子に並列に接続されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の湿度セン
サ。
【請求項４】前記インピ−ダンス調整回路は、コンデ
ンサを含むことを特徴とする請求項３に記載の湿度セン
サ。
【請求項５】前記インピ−ダンス調整回路は、抵抗を
含むことを特徴とする請求項３または４に記載の湿度セ
ンサ。
【請求項６】前記インピ−ダンス調整回路は、ダイオ
−ドを含むことを特徴とする請求項３、４または５に記
載の湿度センサ。